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Wie schwimmende Kraftwerke gegen die Klimakrise helfen könnten

Solarinseln für ausgewogene CO2-Bilanz?

| Autor/ Redakteur: Cornelia Zogg* / Christian Lüttmann

Treibstoff aus Sonne, Wasser und Kohlenstoffdioxid herstellen. Dies ist längst mit Photovoltaik über Elektrolyse möglich. Um die CO2-Bilanz auszugleichen, müssten allerdings große Flächen mit Solarpanels errichtet werden. Ein Projekt mit Beteiligung des Empa hat nun eine Zukunftsvision durchgespielt, bei der dieses Vorhaben mit riesigen schwimmenden Solarinseln realisiert wird. Was dazu nötig wäre, erfahren Sie in diesem Beitrag.

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Anstelle von Hausdächern könnte bald der Ozean als Standort für Solarpanels dienen.
Anstelle von Hausdächern könnte bald der Ozean als Standort für Solarpanels dienen.
(Bild: Empa)

Dübendorf/Schweiz – Papier, Blechdosen, Glas – die Welt recycelt so viel wie nur irgendwie möglich. Warum also nicht auch das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) zum Recyclingprodukt machen? Denn flüssige Kraftstoffe auf Kohlenstoffbasis werden in Zukunft – trotz internationaler Bestrebungen zu deren Senkung – nach wie vor eine wichtige Rolle spielen. So erscheint es sinnvoll, das erzeugte CO2 aus der Umwelt zurückzugewinnen und erneut zu nutzen.

Forscher der ETH Zürich, des PSI und der Universitäten Zürich, Bern und der Norwegischen Universität für Forschung und Technologie (NTNU) haben gemeinsam mit einem Team der Empa diese Idee durchgerechnet und zeigen in ihrer Studie auf, das solare Methanol-Inseln langfristig genügend Treibstoff produzieren könnten, um die gesamte Mobilität CO2-neutral zu gestalten – weltweit.

Vom Sonnenlicht zum Methanol

Inmitten der Ozeane soll aus Solarenergie und Wasser Wasserstoff (H2) hergestellt werden, der dann vor Ort mit aus dem Meerwasser gewonnenen CO2 zu Methanol umgewandelt wird. Die Forscher analysierten dazu ein Szenario, das zwar noch rein hypothetisch scheint, aber bereits die Planungsgrundlagen für eine mögliche Umsetzung bietet.

Ausgangspunkt der Idee sind Solarinseln, also schwimmende Plattformen, ausgestattet mit Photovoltaikanlagen. Da aber Solarstrom von dort nur schlecht abtransportiert werden kann, macht ein Solarkraftwerk auf dem Meer keinen Sinn. Allerdings kann man aus Kohlendioxid und Wasserstoff Grundchemikalien wie flüssiges Methanol (CH3OH), aber auch gasförmiges Methan (CH4) herstellen. Die Ausgangsstoffe könnten dazu direkt aus dem Ozean gewonnen beziehungsweise dort hergestellt werden, so die Idee der Forscher.

Halb Deutschland müsste unter Solarpanels verschwinden

Es existieren bereits großtechnische „Power-to-Gas-Anlagen“, die Wasserstoff und CO2 zu Treibstoff umwandeln – unter anderem die Demonstrationsplattform „move“ auf dem Empa-Campus in Dübendorf. Daher stellt sich die Frage: Warum lohnt es sich, solche Plattformen aufs Meer auszulagern? Schließlich gewinnen bestehende Anlagen das CO2 aus der Luft und nicht aus dem Wasser? Die Antwort ist simpel: Die benötigte Anlagenfläche für eine weltweite Versorgung von Treibstoff wäre gewaltig. „Eine Fläche von rund 170.000 km2 wäre nötig, um den jährlichen Bedarf für den globalen Güterverkehr zu produzieren“, erklärt Andreas Borgschulte von der Empa-Abteilung „Advanced Analytical Technologies“. Zum Vergleich: Damit wäre fast halb Deutschland mit Solaranlagen belegt.

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So speichert man Strom über längere Zeiträume – Die Demonstrationsplattform „move“

Die Empa forscht seit längerem an Wegen, Strom aus erneuerbaren Ressourcen nicht nur zu speichern, sondern auch in flüssigen oder gasförmigen Treibstoff umzuwandeln. Dazu befindet sich auf dem Empa-Campus in Dübendorf unter anderem die Demonstrationsplattform „move„. Dort wird Solarstrom mithilfe von Elektrolyse in Wasserstoff verwandelt, um damit Wasserstoff-Fahrzeuge zu betanken. Ebenfalls entsteht dort synthetisches Erdgas, das in Erdgasfahrzeugen zum Einsatz kommt. Empa-Forscher Andreas Borgschulte arbeitet mit seinem Team an Möglichkeiten, diese Technologien weiter zu verbessern.

Eher ließen sich so viele Solaranlagen auf dem Meer realisieren – bislang ungenutzte Fläche, die niemandem gehört. Auch auf dem Meer kann man das CO2 aus der Luft gewinnen; eine attraktive – und erst noch naheliegende – Alternative wäre aber, die rund 125-mal höhere CO2-Konzentration des Meerwassers für die „Kohlendioxidernte“ auszunutzen.

Kostspieliges Unterfangen

In bestehenden Anlagen wird das aus der Atmosphäre gewonnene CO2 meist zur Herstellung von Methan verwendet, was auch auf den Solarinseln möglich wäre. Im Rahmen ihrer Überlegungen entschieden sich die Forscher allerdings für die Herstellung eines flüssigen Brennstoffs, da sich dieser besser transportieren lässt. Außerdem kann Methanol nicht nur als Treibstoff eingesetzt werden, sondern auch zur Herstellung weiterer chemischer Produkte, etwa Vorprodukte für die Polymerherstellung. Die Möglichkeiten für dessen Verwendung (und den damit erzielbaren Gewinnen) sind also wesentlich höher.

Eine solche „Methanol-Insel“ hat jedoch ihren Preis: Umgerechnet rund 71 Millionen Euro würde der Bau einer solchen Chemiefabrik auf dem Ozean kosten. Diese bestünde aus 70 Photovoltaikinseln mit einem Durchmesser von ca. 100 m2 und einem Schiff mit den Elektrolyse- und Syntheseanlagen. Insgesamt ergäbe dies eine Fläche von ungefähr 550.000 m2.

Doch ein einzelner Cluster genügt bei weitem nicht, um eine Null-Bilanz von CO2 zu erreichen. Insgesamt 170.000 solcher Inseln wären nötig, um so viel CO2 zu recyceln, wie zurzeit ausgestoßen wird – ein utopisches Ziel, aber eines, das es zu verfolgen lohnt. „Große Ideen sind notwendig – Bullerbü-Lösungen versorgen nur Bullerbü, aber nicht den Rest der Welt“, sagt Borgschulte.

Originalpublikation: BD Patterson, F Mo, A Borschulte, M Hillestad, F Joos, T Kristiansen, S Sunde, JA van Bokhoven: Renewable CO2 recycling and synthetic fuel production in a marine environment, 2019; PNAS; DOI: 10.1073/pnas.1902335116

* C. Zogg, EMPA Eidgenössische Material- Prüfungs-und Forschungsanstalt, 8600 Dübendorf/Schweiz

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